计算系统基础

本书是国家精品课程“计算系统基础”的主讲教材。该课程作为软件工程专业的第一门专业课程,以一个经典计算机指令集MIPS的简化版本DLX为线索,选择C语言作为载体,采用程序设计与系统级认识双优先的方式,使初学者在对计算机系统有基本了解的基础上,更好地掌握结构化程序设计的基本思想和方法。

本书采用自顶向下和自底向上相结合的方式介绍计算系统,全书分为三部分,共17章,其中第一部分为第1章～第5章,主要介绍程序设计基础,使没有编程基础的学生获取对程序设计的感性认识;第二部分为第6章～第14章,主要介绍计算机硬件和系统软件的基础知识,并通过介绍一个简单的DLX计算机系统的工作原理,来帮助读者理解高级语言程序是如何在计算机系统中运行的

目录
- 第1章引言
  - 1.1 本书的目标
  - 1.2 计算机与计算机系统
  - 1.3 计算系统
  - 1.4 本书的结构
  - 习题1
- 第2章 C语言程序设计简介
  - 2.1 高级程序设计语言
  - 2.2 高级语言程序翻译技术
  - 2.3 C语言概述
  - 2.4 第一个例子：Hello World
  - 习题2
- 第3章类型和变量
  - 3.1 类型和变量
    - 3.1.1 3 种基本数据类型
    - 3.1.2 标识符
    - 3.1.3 作用域
  - 3.2 运算符
  - 3.3 附加主题
  - 3.4 问题求解：长度单位换算
  - 习题3
- 第4章结构化程序设计和控制结构
  - 4.1 结构化程序设计
  - 4.2 选择结构
    - 4.2.1 if语句
    - 4.2.2 if-else语句
  - 4.3 循环结构
    - 4.3.1 while语句
    - 4.3.2 for语句
    - 4.3.3 do-while语句
  - 4.4 其他控制结构
    - 4.4.1 switch语句
    - 4.4.2 break和continue语句
  - 4.5 问题求解
    - 4.5.1 问题1：计算自然对数之底ｅ的近似值
    - 4.5.2 问题2：找出100 ～200之间的素数
    - 4.5.3 问题3：计算字符串“int”出现的次数
  - 习题4
- 第5章测试和调试
  - 5.1 软件开发过程
  - 5.2 错误类型
  - 5.3 测试
  - 5.4 调试
  - 5.5 正确编程
  - 习题5
- 第6章数据的机器级表示
  - 6.1 位和数据类型
  - 6.2 整数数据类型
  - 6.3 二进制补码整数
  - 6.4 二进制十进制转换
  - 6.5 算术运算
  - 6.6 逻辑运算
  - 6.7 其他表示法
    - 6.7.1 ASCII码
    - 6.7.2 浮点数类型
    - 6.7.3 十六进制表示法
  - 6.8 C语言中的数据类型
  - 习题6
- 第7章数字逻辑电路
  - 7.1 晶体管
  - 7.2 门电路
  - 7.3 组合逻辑电路
  - 7.4 基本存储元件
  - 7.5 存储器
  - 7.6 时序逻辑电路
    - 7.6.1 状态的概念
    - 7.6.2 有限状态机
    - 7.6.3 示例：交通灯控制器
  - 7.7 DLX子集的数据通路
  - 习题7
- 第8章冯·诺依曼模型
  - 8.1 基本组件
  - 8.2 DLX———冯·诺依曼模型示例
  - 8.3 指令处理
  - 8.4 DLX的有限状态机
  - 习题8
- 第9章指令集结构
  - 9.1 指令集结构概述
  - 9.2 算术／逻辑运算指令
    - 9.2.1 I－类型运算指令
    - 9.2.2 R－类型运算指令
  - 9.3 数据传送指令
    - 9.3.1 基址＋偏移量模式
    - 9.3.2 示例
  - 9.4 控制指令
    - 9.4.1 条件分支
    - 9.4.2 示例：计算10个整数的和
    - 9.4.3 控制循环的两种方法
    - 9.4.４示例：利用标志加一列数
    - 9.4.５ J指令
    - 9.4.６ TRAP指令
  - 9.5 DLX数据通路
  - 9.6 C语言的数据类型与计算机的ISA
  - 习题9
- 第10章机器语言程序设计
  - 10.1 解决问题
    - 10.1.1 实现3 种结构的DLX 控制指令
    - 10.1.2 示例：文档加密
  - 10.2 调试
    - 10.2.1 调试操作
    - 10.2.2 示例：调试器的使用
  - 习题10
- 第11章汇编语言
  - 11.1 汇编语言程序设计
  - 11.2 DLX 汇编语言
    - 11.2.1 指令
    - 11.2.2 伪操作
    - 11.2.3 示例：文档加密
  - 11.3 汇编过程
    - 11.3.1 一个“两趟”的过程
    - 11.3.2 第一趟：构建符号表
    - 11.3.3 第二趟：生成机器语言程序
  - 11.4 链接
    - 11.4.1 可执行映像
    - 11.4.2 链接器的主要工作
  - 11.5 编译：C－DLX
    - 11.５.1 一个简单的例子
    - 11.５.2 控制结构的例子
  - 11.6 栈———一种抽象数据类型
    - 11.6.1 两个实现栈的例子
    - 11.6.2 在存储器中实现栈
  - 11.7 为变量分配空间
    - 11.7.1 全局数据区和运行时栈
    - 11.7.2 Ｃ语言源水平调试器
  - 习题11
- 第12章输入和输出
  - 12.1 I/O基础
  - 12.2 键盘输入
  - 12.3 显示器输出
  - 12.4 内存映射I/O的数据通路
  - 12.5 DLX 键盘输入例程
  - 习题12
- 第13章自陷例程和中断
  - 13.1 DLX 自陷例程
    - 13.1.1 系统调用
    - 13.1.2 TRAP机制
    - 13.1.3 TRAP指令
    - 13.1.４完整的机制
    - 13.1.５ IN/OUT服务例程
    - 13.1.６ HALT服务例程
    - 13.1.７ PUTS服务例程
    - 13.1.８寄存器的保存和恢复
  - 13.2 中断驱动的I/O
    - 13.2.1 中断驱动的Ｉ/Ｏ概述
    - 13.2.2 中断信号的产生
    - 13.2.3 中断服务例程
  - 13.3 C 中的I/O
    - 13.3.1 I/O流
    - 13.3.2 putchar和getchar
    - 13.3.3 printf和scanf
  - 习题13
- 第14章子例程
  - 14.1 调用／返回机制
    - 14.1.1 JAL（R）指令
    - 14.1.2 改进IN服务例程
  - 14.2 示例：两个多位整数加法
  - 14.3 库例程
    - 14.3.1 示例：计算直角三角形斜边长
    - 14.3.2 C标准库
  - 14.4 子例程的测试与调试
  - 习题14
- 第15章函数
  - 15.1 函数
  - 15.2 C语言中的函数
    - 15.2.1 带参数的函数
    - 15.2.2 示例：计算直角三角形斜边长
  - 15.3 C函数在底层的实现
    - 15.3.1 运行时栈
    - 15.3.2 函数调用机制
    - 15.3.3 完整的调用实现
  - 15.4 问题求解
    - 15.4.1 问题1：小写转换为大写
    - 15.4.2 问题2：计算凸多边形的面积
  - 15.5 函数的测试与调试
  - 15.6 C中的库函数
  - 习题15
- 第16章指针和数组
  - 16.1 指针
    - 16.1.1 声明指针变量
    - 16.1.2 指针运算符
    - 16.1.3 使用指针传递引用
    - 16.1.４问题求解：计算商和除数
    - 16.1.５空指针
  - 16.2 数组
    - 16.2.1 数组的声明和使用
    - 16.2.2 问题求解
    - 16.2.3 数组与指针之间的关系
    - 16.2.４数组作为参数
    - 16.2.５字符串
    - 16.2.６示例：冒泡排序
    - 16.2.７数组的常见错误
    - 16.2.８二维数组
  - 习题16
- 第17章递归
  - 17.1 递归简介
  - 17.2 问题求解
    - 17.2.1 问题1：汉诺塔
    - 17.2.2 问题2：二分法查找
  - 17.3 递归在底层的实现
    - 17.3.1 示例：斐波纳契数列
    - 17.3.2 递归调用机制
  - 习题17
- 附录
  - 附录A 文件I/O
    - 附录Ａ.1 ASCII文件
    - 附录Ａ.2 二进制文件
  - 附录B 结构体
    - 附录Ｂ.1 结构体定义和变量声明
    - 附录Ｂ.2 结构体数组
  - 附录C 动态数据结构
    - 附录Ｃ.1 动态存储分配
    - 附录Ｃ.2 链表
  - 附录D DLX 模拟器
    - 附录Ｄ.1 DLX汇编语言编辑器
    - 附录Ｄ.2 DLX模拟器
    - 附录Ｄ.3 链接多个目标文件
  - 附录E 附录练习题
- 索引
- 参考文献

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